rượu bia xử lí nguyên liệu tinh bột trong sản xuất cồn ethylic

Tình trạng sản xuất rượu bia tự nấu và sử dụngrượu bia ở mức độ lạm dụng ở một số nơi đã làm cho trật tự an toàn xã hội, an toàn giaothông trở thành những vấn đề đáng báo động.- Tình trạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH

Mục lục

MỞ ĐẦU 2

Lý do chọn đề tài hoặc tính cấp thiết của đề tài 2

Mục đích và đối tượng nghiên cứu 2

Phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

1 GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 Khái quát tình hình sử dụng cồn, rượu ở nước ta và trên thế giới 4

1.1.1 Trong nước 4

1.1.2 Thế giới 6

1.2 Các nhóm nguyên liệu 7

1.2.1 Nguyên liệu giàu tinh bột 7

1.2.2 Nguyên liệu mật rỉ đường 12

1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất rượu ethylic 13

2 XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU TINH BỘT TRONG SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 14

2.1 Nghiền nguyên liệu 14

2.2 Nấu nguyên liệu 16

2.2.1 Mục đích của nấu nguyên liệu 16

2.2.2 Những biến đổi lí hóa học xảy ra trong khi nấu nguyên liệu 16

2.2.3 Tiến hành nấu nguyên liệu 19

2.3 Đường hoá dịch cháo 26

2.3.1 Mục đích và tác nhân của quá trình đường hoá 26

2.3.2 Nuôi cấy và thu nhận chế phẩm amylaza từ vi sinh vật 27

2.3.3 Những biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình đường hóa 29

2.3.4 Sơ đồ, thiết bị và thao tác khi đường hóa 31

KẾT THÚC 39

Tài liệu tham khảo 40

Bảng đánh giá chất lượng và độ hoàn thành công việc 40

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài hoặc tính cấp thiết của đề tài

Cồn, rượu được con người xem là sản phẩm thực phẩm, nhưng cũng lại là sảnphẩm độc hại cao đối với cơ thể Tuy nhiên sản lượng cồn rượu được tiêu thụ hằng ngàytrên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang ngày càng tăng thêm Cồn được sửdụng với nhiều mục đích khác nhau như: được sử dụng trong y tế, nhiên liệu, nguyên liệucho các ngành công nghiệp, bên cạnh đó cồn etylic còn được sử dụng rộng rãi trongngành thực phẩm Chính vì sự phổ biến mà quá trình sản xuất cồn etylic cần được hiểu rõhơn Vì vậy nên nhóm chúng em đã chọn đề tài tiểu luận về Xử lí nguyên liệu tinh bộttrong quá trình sản xuất cồn etylic

Mục đích và đối tượng nghiên cứu

Mục đích nhằm hiểu rõ hơn về các quá trình xử lí nguyên liệu tinh bột trong sảnxuất cồn etylic Bên cạnh đó cũng tìm hiểu về các thiết bị liên quan đến các quá trìnhnghiền tinh bột, quá trình nấu và quá trình đường hóa dịch cháo Từ đó biết được các biếnđổi liên quan cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến tinh bột trong quá trình sản xuất

Phạm vi nghiên cứu

Đầu tiên ta sẽ khái quát về tình hình sử dụng cồn trên thế giới và trong nước, giớithiệu về các nguyên liệu dùng trong sản xuất cồn etylic Ta sẽ nghiên cứu về các bước xử

lý nguyên liệu tinh bột trong sản xuất cồn etylic Mà cụ thể ở đây là các bước nghiền, nấu

và đường hóa dịch cháo

Phương pháp nghiên cứu

Qua bài tiểu luận này, ta sẽ rõ hơn về đề tài “ Xử lý nguyên liệu tinh bột trong sảnxuất cồn etylic” Từ các nhóm nguyên liệu để sản xuất cồn etylic như nguyên liệu giàutinh bột hay nguyên liệu mật rỉ đường Cho đến các bước để xử lý nguyên liệu tinh bột

trong sản xuất cồn etylic Cụ thể ở đây là những bước nghiền, nấu nguyên liệu, mục đíchcủa quá trình nấu, những biến đổi lí hóa học trong quá trình nấu và cách tiến hành nấunguyên liệu Sau đó là bước đường hóa dịch cháo, ta sẽ hiểu rõ hơn về mục đích và tácnhân của quá trình đường hóa, nuôi cấy và thu nhận chế phẩm amylaza từ vi sinh vật,những biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình đường hóa, và sơ đồ, thiết bị và thao tác khiđường hóa.

1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Khái quát tình hình sử dụng cồn, rượu ở nước ta và trên thế giới

1.1.1 Trong nước

- Ở Việt Nam, quá trình đổi mới và phát triển nền kinh tế trong những năm qua đãgiúp cho đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao Xu hướng sử dụng rượu bia và cácloại đồ uống có cồn khác trong sinh hoạt hàng ngày, trong những dịp lễ, hội, trong quan

hệ công việc đang ngày càng gia tăng Tình trạng sản xuất rượu bia tự nấu và sử dụngrượu bia ở mức độ lạm dụng ở một số nơi đã làm cho trật tự an toàn xã hội, an toàn giaothông trở thành những vấn đề đáng báo động

- Tình trạng sử dụng rượu bia theo giới tính: Kết quả điều tra SURA cho thấy trong

số 5.200 người dân được khảo sát phỏng vấn, có gần 60% đã từng sử dụng rượu bia Tỷ lệnày ở nhóm nam giới là 86,8%, ở nhóm phụ nữ là 31,6%, có nghĩa là tỷ lệ nam giới đãtừng sử dụng rượu bia gấp hơn 2,5 lần tỷ lệ ở phụ nữ Đây là một đặc điểm mang đặctrưng văn hoá giới ở một quốc gia Đông Nam Á như Việt Nam Trong văn hoá truyềnthống, sử dụng rượu bia, thuốc lá là những hành vi được mặc định chỉ dành cho nam giới.Thậm chí, nam tính được đánh giá thông qua những hành vi này Người Việt Nam có câu

“nam vô tửu như cờ vô phong” [“nam không uống rượu như cờ không có gió”] Ẩn ý củacâu châm ngôn này là nam giới không uống rượu bia thì không mạnh mẽ

- Tình trạng sử dụng rượu bia theo độ tuổi: việc sử dụng rượu bia không khác biệtnhiều giữa người trẻ tuổi, người trung niên hay người cao tuổi Ngay nhóm thanh niên trẻdưới 25 tuổi, 45,7% khảo sát cho biết họ đã từng sử dụng rượu bia Tỷ lệ người từng sửdụng rượu bia ở những khoảng tuổi tiếp theo cao hơn so với nhóm thanh niên dưới 25 tuổisong không khác biệt nhiều giữa các nhóm

- Tình trạng sử dụng rượu bia theo vùng nông thôn - thành thị không có sự khácbiệt giữa nông thôn và thành thị về tỷ lệ người hiện sử dụng rượu bia (60% người dân

được khảo sát ở khu vực thành thị và 59% người dân được khảo sát ở khu vực nông thôncho biết hiện có sử dụng rượu bia).

- Tình trạng sử dụng rượu bia theo trình độ học vấn: khi phân tích sự khác biệt về

tỷ lệ dân số được khảo sát sử dụng rượu bia theo trình độ học vấn, nhóm nghiên cứu đưa

ra giả thuyết là những người trình độ học vấn thấp sẽ sử dụng rượu bia nhiều hơn do họ

có thể gặp nhiều khó khăn trong cuộc sống và uống rượu bia là một phương thức giúp họgiảm các căng thẳng trong cuộc sống Tuy nhiên, kết quả điều tra cho thấy tỷ lệ dân sốhiện đang sử dụng rượu bia tỷ lệ thuận với trình độ học vấn phổ thông Tỷ lệ người sửdụng rượu bia cứ tăng dần từ 52,7% ở nhóm dân số chưa tốt nghiệp tiểu học lên 54,3% ởnhóm dân số tốt nghiệp tiểu học, lên 59,0% ở nhóm tốt nghiệp trung học cơ sở, lên 61,6%

ở nhóm tốt nghiệp trung học phổ thông và lên khoảng 70% ở nhóm tốt nghiệp trung cấpnghề hay cao đẳng/đại học

- Tình trạng sử dụng rượu bia theo nghề nghiệp: phân tích theo nghề nghiệp chothấy, nhóm dân số điều tra có tỷ lệ người sử dụng rượu bia nhiều nhất là nhóm lao động

tự do (xe ôm, bán hàng rong), chiếm 71,6% Nhóm nhân viên hành chính có tỷ lệ ngườihiện đang sử dụng rượu bia cũng tương đương như vậy (70%) Nếu so sánh các đặc trưngcủa hai nhóm này có thể thấy một nhóm có trình độ học vấn thấp nhất và nhóm còn lại cótrình độ học vấn cao nhất, một nhóm có việc làm và thu nhập thấp không ổn định trongkhi nhóm kia lại có việc làm và thu nhập cao hơn và ổn định Tỷ lệ người hiện đang sửdụng rượu bia ở hai nhóm dân số này cao tương đương nhau nhưng lý do uống và lượngrượu bia được sử dụng có thể khác nhau Những kết quả này sẽ được phân tích ở các phầntiếp theo sau đây

- Về mức tiêu thụ, nếu quy đổi tiêu thụ rượu, bia ra lít cồn nguyên chất thì mức tiêuthụ bình quân trên đầu người Việt Nam theo số liệu của Tổng cục Thống kê là 4,4 lít năm2014; 8,3 lít theo số liệu ước tính năm 2016 của Tổ chức Y tế thế giới Trong đó, tỷ trọngtiêu thụ cồn nguyên chất từ bia đang tăng nhanh hơn từ rượu Về mức độ phổ biến củaviệc uống rượu bia, Việt Nam thuộc nhóm quốc gia có tỷ lệ nam giới uống rượu, bia cao

và gia tăng ở cả hai giới Năm 2010 có khoảng 70% nam và 6% nữ giới trên 15 tuổi cóuống rượu, bia Đến năm 2015 tỷ lệ này tăng lên tương ứng là 80,3% ở nam và 11,6% ở

nữ Đặc biệt, xu hướng trẻ hóa tuổi sử dụng rượu, bia đang là một vấn đề đáng lo ngại docác hệ lụy về sức khỏe, xã hội với giới trẻ Tỷ lệ uống rượu, bia ở vị thành niên và thanhniên khoảng 79,9% đối với nam và 36,5% đối với nữ Thực tiễn cho thấy tình hình sửdụng rượu bia ở nước ta đang có xu hướng tăng nhanh qua các năm

- Năm 2017, sản lượng bia chạm mốc 4 tỷ lít, tăng 10,4% so với năm 2016 và bìnhquân mỗi người dân tiêu thụ 42 lít bia/năm Sản lượng rượu thủ công năm 2016 đạt 188triệu lít trong đó sản lượng rượu thủ công sản xuất nhằm mục đích kinh doanh được cấpphép năm 2016 là 32 triệu lít Chi phí cho tiêu thụ bia của Việt Nam khoảng 3,4 tỷUSD/năm, gần 3% số thu ngân sách của cả nước, bình quân khoảng hơn 300USDngười/năm Thứ trưởng Y tế Nguyễn Thanh Long nhận định, tình hình tiêu thụ rượu, biatại Việt Nam đang rất báo động “Việt Nam đứng thứ hai thuộc các nước Đông Nam Á,đứng thứ 10 châu Á và đứng thứ 29 trên toàn thế giới”

1.1.2 Thế giới

- Hơn 3 triệu người đã chết do uống rượu, bia trong năm 2016, tương ứng cứ 20người tử vong thì có 1 người tử vong vì tác hại của rượu, bia Hơn 3/4 số tử vong này lànam giới Sử dụng rượu, bia ở mức có hại đã gây ra hơn 5% gánh nặng bệnh tật trên toàncầu

Trong số tất cả các trường hợp tử vong do rượu, 28% là do chấn thương như tainạn giao thông, tự gây hại và bạo lực giữa các cá nhân; 21% do bệnh lý đường tiêu hóa;19% do bệnh tim mạch, còn lại do các bệnh truyền nhiễm, ung thư, rối loạn tâm thần vàcác bệnh lý khác

Trên toàn thế giới, ước tính có 237 triệu đàn ông và 46 triệu phụ nữ nghiện rượu,

tỷ lệ nghiện rượu cao nhất ở khu vực Châu Âu (14,8% và 3,5%) và khu vực Châu Mỹ(11,5% và 5,1%) Chứng nghiện rượu phổ biến hơn ở các nước có thu nhập cao

- Ước tính, thế giới có khoảng 2,3 tỷ người đang uống rượu Rượu, bia được tiêuthụ bởi hơn một nửa dân số trong ba khu vực: Châu Mỹ, Châu Âu và Tây Thái BìnhDương Châu Âu vẫn là khu vực có mức tiêu thụ rượu bình quân đầu người cao nhất thếgiới, mặc dù đã giảm hơn 10% kể từ năm 2010 Dự báo cho thấy mức tiêu thụ rượu, biatrên toàn cầu tiếp tục tăng trong 10 năm tới, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á, Tây TháiBình Dương và Châu Mỹ.

- Mức tiêu thụ trung bình hàng ngày của những người uống rượu là 33 gram cồnnguyên chất mỗi ngày, tương đương với 2 ly rượu vang (mỗi ly 150 ml), một chai lớn bia(750 ml), hoặc hai ngụm rượu mạnh (mỗi ngụm 40 ml)

Trên toàn thế giới, có hơn một phần tư (27%) trẻ vị thành niên 15–19 tuổi trongnhóm người đang sử dụng rượu, bia, cao nhất là ở Châu Âu (44%), tiếp theo là Châu Mỹ(38%) và Tây Thái Bình Dương (38%), khảo sát những người bắt đầu uống rượu trước 15tuổi cho thấy không có sự khác biệt đáng kể giữa nam và nữ trong độ tuổi này

45% tổng số rượu được tiêu thụ trên toàn thế giới được ghi nhận dưới dạng rượumạnh Bia đứng hàng thứ hai (34%), sau đó là rượu vang (12%)

1.2 Các nhóm nguyên liệu

1.2.1 Nguyên liệu giàu tinh bột

Ngô (bắp): Thuộc họ hoà thảo (Graminae), loại Zae, loài Zea Mays L

Cấu tạo gồm:

muối khoáng của hạt ngô tập trung ở phôi Phôi có khả năng hút ẩmmạnh gần gấp 3 lần nội nhũ, vì vậy ngô hạt có độ ẩm cao rất dễ bị hưhỏng trong quá trình bảo quản

 Nội nhũ: 83-85% trọng lượng hạt, trong đó thành phần chính là tinh bột(10-15% amylose và 85-90% amylopectin) Protid trong hạt ngô đa số làzein, ngoài ra còn có prolamin và glutenin Trong ngô không cóalbumin, cồn globulin chiếm khoảng 0,49% so với trọng lượng hạt Zein

là protid không hoàn chỉnh vì trong zein thiếu 2 acid amin không thaythế là lysin và tryptophan.

 Vỏ: 2-5% trọng lượng hạt

Lượng lipit trong ngô chứa khá lớn, đa số là acid béo chưa no, màu vàng nhạt, cóthể dùng làm bơ nhân tạo và dầu xà lách Ở một số nước tiên tiến, tách phôi ngô đượcdùng vào các kỹ thuật khác, phần còn lại mới sản xuất rượu

Glucid trong ngô gồm: tinh bột (43,47-61,8%); đường (1,76-4,62%; dextrin vàpectin (1,09-14,67%)

Thành phần hoá học của Ngô trong bảng sau:

Sắn thích nghi với khí hậu nhiệt đới, vì vậy, sắn hiện nay được trồng nhiều ở Ấn

Độ, Malaysia Nước ta cũng trồng nhiều sắn, đặc biệt ở các vùng thượng du và trung du.Năng suất sắn trung bình 8-40 tấn/ha Thời gian sinh trưởng của sắn khá dài 10-12 tháng

Sắn có nhiều giống khác nhau, nhưng người ta thường dựa vào hàm lượng acidcyanhydric (HCN) mà chia thành 2 giống chính:

nhưng hàm lượng HCN cũng cao

 Sắn ngọt (manihot palmate) thì hàm lượng HCN ít, phần lớn tập trung ở vòcùi nên dùng làm thức ăn tốt hơn vì trước khi sử dụng thường bóc vỏ bỏ đi

 Cấu tạo của củ sắn: dài 25-40cm, đường kính 3-7cm, có cấu tạo 3 phầnchính:

 Lớp vỏ ngoài cùng: có màu sẫm, thành phần chủ yếu là cellulose, lớp vỏnày mỏng nhưng rất cứng có nhiệm vụ bảo vệ củ khỏi tác động bên ngoài

 Lớp vỏ cùi: dày khoảng 1-3 mm, chiếm khoảng 5% trọng lượng toàn củ

 Trong vỏ này có khá nhiều tinh bột, ngoài ra, còn có cellulose, pentosan vàđặc biệt là mủ có tanin Hầu hết, tất cả HCN đều tập trung ở lớp vỏ cùi

 Thịt sắn: chiếm 90-95% trọng lượng toàn củ, hàm lượng tinh bột là nhiềuhơn cả, nhưng phân bố không đều, lớp thịt sắn gần vỏ cùi chứa nhiều tinhbột nhất và càng gần trung tâm củ thì hàm lượng tinh bột càng giảm

 Ở trung tâm củ sắn là lõi, lõi sắn chiếm 1% trọng lượng toàn củ, thành phầnchủ yếu của lõi là cellulose

Kích thước hạt tinh bột sắn khoảng 3-35um (trung bình 20um) hình cầu hoặc hìnhbầu dục Nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn khoảng 65℃

Thành phần hóa học: phụ thuộc vào giống loại, thời tiết, điều kiện canh tác, điềukiện thổ nhưỡng và thời gian thu hoạch

Thành

phần

Nước

Protid

Lipid

Glucid

Cellulose

Khoáng

% Khối

lượng

70,25

1,12

0,41

26,58

1,11

0,54

 Trong sắn, hàm lượng protid và lipid rất thấp Các vitamin B1, B2 và chấtkhoáng trong sắn gồm P, Ca, Mg, K, Na cao, trong đó cao nhât là K, Na

 Ngoài ra, trong sắn còn chứa một lượng độc tố, tanin, sắc tố Độc tố trongsắn ở dạng glucozit có tên riêng là Fazeolunatin, có hàm lượng phụ thuộc

vào loại, giống (khoảng 0,01-0,04%) Fazeolunatin không hòa tan trongrượu, ester mà hòa tan nhiều trong nước Dưới tác dụng của enzyme hoặcacid HCN fazeolunatin bị phân hủy và giải phóng HCN Cũng vì có HCNtrong sắn nên có trường hợp ăn sắn bi say thậm chí có khi chết người.

 Tanin và sắc tố: làm cho bột có màu xám đen Vì trong quá trình chế biếnsắn bột tiếp xúc với không khí, khi đó, tanin sẽ bị oxy hóa tạo ra màu đensẫm làm ảnh hưởng đến màu sắc bột

 Để tránh hiện tượng này, ngoài phương pháp ngâm sắn trong nước, còn phảitiến hành tách dịch nước nhanh trong quá trình chế biến mới bảo đảm tinhkhiết và trắng mịn

Khoai lang:

Khoai lang thuộc họ bìm bìm (Convolvulaceae), loại Ipomea, loài lpomeabatatas.Khoai lang là một cây hoa màu lương thực được trồng ở nhiều vùng trên thế giới Ở ViệtNam, khoai lang được trồng nhiều từ Nam đến Bắc, nhất là các tỉnh ở đồng bằng, venbiển Khoai lang có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau: đất nặng, đất nhẹ, đất thịt hayđất cát và trồng được nhiều vụ trong năm

Phân loại:

 Căn cứ vào màu vỏ khoai: vỏ đỏ hoặc vỏ vàng

 Căn cứ vào màu ruột khoai: ruột trong, ruột vàng hoặc ruột tím

Thành phần hóa học của khoai lang:

Loại khoai

Thành phần, % khối lượng

N

Khoailang tươi

68,1

1,6

0,5

7,9

0,9

1,0

Khoailang khô

12,9

6,1

0,5

76,7

1,4

2,4

Tinh bột của khoai lang là những hạt nhỏ hình đa diện, kích thước từ 5-35um Hàmlượng tinh bột phụ thuộc vào điều kiện: canh tác, giống loài, thường chứa 17-24% so vớitrọng lượng củ Khi khoai lang chín, không những lượng tinh bột tăng lên mà thể tích vàtrọng luợng của từng hạt tinh bột cũng tăng lên Ngược lại, khoai lang chưa chín thì lượngtinh bột, kích thuớc và trọng lượng hạt tinh bột cũng nhỏ, hàm luợng phospho và chấtkhoáng thấp

Tinh bột khoai lang chứa 13-23% amylose và 77-87% là amylopectin Hàm lượngamylopectin liên quan đến hàm lượng phospho, do đó, ảnh hường đến độ dính của tinhbột khi hồ hóa

Trong thời gian bảo quản, lượng đường trong khoai lang tăng đáng kể, có khi tăng7-8% so với trọng lượng củ Đường trong khoai lang là đường glucose, fructose,saccharose và maltose

Lượng pentosan chiếm khoảng 1,02-1,08% so với trọng lượng củ Pentosan thườngtập trung nhiều ở vỏ và càng vào trong ruột củ, luợng pentosan càng ít Pentosan ảnhhưởng trực tiếp đến hàm lượng furfurol có trong sản phẩm rượu

Lượng pectin trong khoai chiếm 0,23-0,37% so với trọng lượng củ Pectin ở giữacác tế bào và là chất nhựa dính, ảnh hưởng không tốt đến quá trình hồ hóa và làm tăng độdính của khối nấu, là một trong những nguyên nhân tạo ra nhiều rượu methylic khi sảnxuất rượu từ khoai lang

Trong thời gian bảo quản khoai, lượng pectin giảm xuống gần 1/3, đồng thờiprotopectin và pectin giữa tế bào chuyển thành pectin hòa tan

Hàm lượng các chất có nitrogen chiếm khoảng 1,6-1,75% so với trọng lượng củ,chủ yếu là protein, còn lại là amino acid(0,11%), amonia (0,003%) và amid (0,007%)

Chất khoáng chiếm khoảng 1,6-1,7% so với trọng lượng củ, trung bình là 1,1%,trong đó đa số là K2Ovà P2O5.

Luợng nước trong khoai lang tươi khoảng 65-70%, vì vậy khoai lang tươi rất khóbảo quản

1.2.2 Nguyên liệu mật rỉ đường

Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của ngành công nghệ sản xuất đường, chiếm 3-5%

so với lượng mía đưa vào sản xuất

Thành phần của mật rỉ:

các chất khô thì đường chiếm tới 60% Thành phần chất khô còn lại gọichung là chất phi đường (gồm 30-32% là hợp chất hữu cơ và 8-10% là chất

vô cơ)

Bình thường, pH của mật rỉ từ 6,8-7,2 Rỉ đường mới sản xuất ra có thể có pH =7,2-8,9 Độ kiềm của rỉ khoảng 0,5-20 (1 độ kiềm tương đương 1ml H2SO4 1N trung hòahết 100 g mật rỉ) Độ kiềm gây ra bởi các muối calcium của acid carbonic và các acid hữu

2 XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU TINH BỘT TRONG SẢN XUẤT CỒN ETYLIC

2

2.1 Nghiền nguyên liệu

Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ các tế bào thực vật, tạo điều kiện giảiphóng các hạt tinh bột khỏi các mô Trước đây nguyên liệu đưa vào thường để nguyêndạng hạt hoặc lát to, ngày nay nguyên liệu được đưa vào với mức độ nghiền khác nhau rồiđưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp, nhằm biến tinh bột thành dạng hòa tan

Năm 1961, Sunman đã dùng máy nghiền siêu tốc để phá vỡ hoàn toàn các mô tếbào, biến tinh bột thành dạng hòa tan Sau đó hòa với nước ở 60°C và dùng enzymeamylase để biến tinh bột thành dạng đường mà không cần nấu Tuy nhiên, khi áp dụngvào thực tế lại tiêu tốn nhiều điện năng hơn

Hiện nay, nguyên liệu được nghiền theo nhiều kiểu máy khác nhau Ở nước ta, tạicác nhà máy rượu thường dùng máy nghiền búa có cấu tạo như sau:

Làm nguội

Lên menMen giống

Chưng cất

Sản phẩm

Muốn nghiền nhỏ thường dùng búa mỏng có chiều dày 2 đến 3 mm, khi nghiền thôdùng búa có chiều dày 6 đến 10 mm Tốc độ quay của búa từ 75-80 m/s tương ứng với

2750 vòng/phút Khi nghiền các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy ra ngoài, phầnlớn hơn chưa lọt qua rây được tiếp tục nghiền nhỏ Năng suất của máy còn phụ thuộc vàomức độ nghiền và kích thước rây Lỗ rây bé thì năng suất giảm và rây nhanh hỏng Tùytheo chế độ nấu mà thay đổi kích thước lỗ mặt rây, với sắn khô khi nấu ở áp suất thường

có dùng α-amylaza chịu nhiệt, nghiền càng mịn càng tốt

Hiện nay nước ta chế tạo được máy nghiền búa với năng suất 1000, 2000 và 3000kg/h Thông thường các xưởng cơ khí ở nước ta chế tạo máy nghiền búa có năng suất từ200-500 kg/h

Hình 2.1 Máy nghiền búa MD-600

1 Các đĩa kim loại 6 Mặt rây

2 Trục 7 Quạt hút và đẩy bột ra ngoài

3 Các thanh gắn búa 8 Ống dẫn bột

4 Búa 9 10 Phễu đổ nguyên liệu và van điều chỉnh

5 Gối đỡ trục

2.2 Nấu nguyên liệu

2.2.1 Mục đích của nấu nguyên liệu

Trong các dạng nguyên liệu như gạo, ngô, khoai, sắn,… hạt tinh bột luôn nằmtrong các màng tế bào Khi nghiền chỉ một phần các màng đó bị phá vỡ, phần lớn cácmàng tế bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzyme amylaza với tinh bột Ở trạng tháikhông hòa tan, amylaza tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả Chính vì thế mụcđích chủ yếu của nấu nguyên liệu là phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều liện biếnchúng thành trạng thái hòa tan trong dung dịch nhằm giúp enzyme amylaza hoạt độngtrong quá trình đường hóa

2.2.2 Những biến đổi lí hóa học xảy ra trong khi nấu nguyên liệu

Độ bền của tế bào thực vật

Tinh bột chỉ có thể giải phóng sau khi đã phá vỡ cấu trúc màng bao quanh nó Độbền của màng tế bào không giống nhau đối với các nguyên liệu và ngay trong cùngnguyên liệu, độ bền các phần cứng khác nhau Vỏ hạt có độ bền cao nhất, sau đó là lớpalorong, còn nội nhũ có độ bền cấu tạo thấp hơn cả

Khi đun nguyên liệu với nước sẽ xảy ra hiện tượng trương nở, hòa tan các chất kếtdính giữa các tế bào, dẫn đến làm giản độ bền cơ học của nguyên liệu Khi nấu hạtnguyên ở nhiệt độ 120-135° C các chất pectin sẽ trương nở và hòa tan sau 20 đến 25 phút,tiếp đến là tinh bột và peptozan Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ đến 145-155° C thì các thành

tế bào sẽ bị phá vỡ các hạt tinh bột tách ra hòa tan vào dung dịch

Sự trương nở và hòa tan tinh bột

Khi hòa tan tinh bột với nước, do kích thước phân tử của tinh bột rất lớn nên đầutiên các phân tử nước sẽ xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột Tại đây chúng sẽ tươngtác với nhóm hoạt động của tinh bột tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắt xích

Hạt tinh bột

nào đó của phân tử tinh bột bị xê dịch rồi bị rời ra và trương lên Hạt tinh bột bắt đầutrương nở khi được đun nóng với nước đến nhiệt độ 40 °C Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thìhạt tiếp tục trương nở cho đến khi trở thành một thể lỏng đồng nhất gọi là trường nở vôhạn Các biến đổi xảy ra khi hòa tỉnh bột vào nước có thể tóm tắt theo quy trình sau:

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự trưởng nở và hòa tan của tinh bột:

 Muối vô cơ: muối vô cơ ở nồng độ thấp sẽ phá huỷ liên kết hydro nên làmtăng độ hòa tan của tinh bột Ngược lại ở nồng độ muối cao sẽ làm giảm sựhyđrat hóa của phân tử tinh bột và làm kết tủa chúng

 Kiềm: làm ion hóa từng phần phân tử tinh bột , làm cho sự hyđrat hóa củaphân tử tinh bột tốt hơn Do đó, sự hồ hóa tinh bột có thể xảy ra ở nhiệt độthấp trong môi trường kiểm

 Các chất không điện ly như: đường, rượu làm nhiệt độ hồ hóa tăng lên

Phá vỡ vỏ hạt, đứt liên kết

các phân tử Hidrat hóa và trương nở Hấp thu nước qua vỏ

Phân tán

Dung dịch

Những biến đổi của tinh bột và đường

Biến đổi của tinh bột

Trong quá trình nâng nhiệt và chuẩn bị hỗn hợp khối nấu, các enzyme amylaza cósẵn trong nguyên liệu đã thuỷ phân một phần tinh bột thành dextrine và đường maltose.Ngoài tác dụng của amylase, khi nấu tinh bột còn bị thủy phân do tác dụng của ion H+ vàcũng tạo thành dextrine và maltose nhưng với lượng rất ít Sự có mặt của các loại đườngtrong dịch bột chưa nấu là điều không mong muốn vi sẽ gây tổn thất khi đun đến nhiệt độcao Để giảm mức độ thuỷ phần tinh bột của enzyme amylase, trong thời gian nâng nhiệt

và chuẩn bị khối nấu có thể khống chế nhiệt độ không quá 50 °C hoặc nàng nhiệt độ rấtnhanh qua giới hạn nhiệt độ thích hợp của enzyme amylase ( 50 + 60° C ) để phân giaitỉnh bột thành dextrine và đường

Biến đổi đường

Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccharose, glucose, fructose và một ítmaltose (được tạo thành trong thời gian nấu) Ở nhiệt độ cao, đường sẽ mất nước và bịphân hủy để tạo thành caramel, furfurol, melanoidin Mức độ tạo thành các chất được sắpxếp theo thứ tự sau

Tạo melanoidin > furfurol > caramel

Caramel là phản ứng xảy ra do đường saccharose cháy và mất nước, sản phẩmcaramen là chất kim hãm đối với quá trình lên men rượu Khi thêm vào dịch đường lượngcaramenvới số lượng 1 ; 3 và 5 % so với khối lượng dịch thi hiệu suất lên men sẽ giảmtương ứng 2 ; 4 và 6 % Tuy nhiên , trong điều kiện nấu hiện nay, lượng caramel tạothành không đáng kể và do đó hầu như không ảnh hưởng đến quá trình lên men

Sự tạo thành furfurol và oxymetyl furfurol cũng do quá trình đường bị mất nước.Quá trình này xảy ra nhiều giai đoạn và cuối cùng mỗi phân tử đường đơn sẽ mất 3 phân

tử nước